лабораторный практикум по курсу химии
.pdf7. Как учитывается при нахождении коэффициентов в окислительно-
восстановительных уравнениях кислотность или щелочность водных растворов?
8. Какие алгебраические преобразования возможны в суммарном уравнении окислительно-восстановительного процесса.
!
Практическая часть
Лабораторная работа проводится полумикрометодом.
Опыт 1. Перманганат калия как окислитель в различных средах
На поверхность стекла или в три ячейки капельного планшета нанесите последовательно рядом по три капли раствора KMnO4 .
а) К первой пробе раствора К |
MnO4 добавьте 1 каплю раствора H 2SO4 и |
добавляйте по каплям раствор |
Na 2SO3 до обесцвечивания. Напишите |
уравнение реакции и подберите коэффициенты методом электронно-ионных схем, если известно, что к кислой среде ион MnO 4− переходит в ион Mn 2+, а
ион SO32- в ион SO42- .
б) Ко второй пробе раствора KMnO4 добавьте 1 каплю воды и 2-3 капли
раствора Nа2SO3 до исчезновения фиолетовой окраски и появления бурого осадка MnO(OH)2 .Подберите коэффициенты в уравнении данной реакции,
протекающей в нейтральной среде:
KMnO4 + Na2SO3 + H2O → MnO(OH)2 ↓ + KOH + Na2SO4
в) К третьей пробе раствора KMnO4 прибавьте 1 каплю раствора NaOH и 1-2 капли раствора Na2SO4 до появления зеленой окраски раствора.
Напишите уравнение реакции и расставьте коэффициенты методом ионно-
электронных схем, если в сильно щелочной среде, ион |
MnO4− переходит в |
|
ион MnO42−, а ион SO32- |
в ион SO42- . |
|
KMnO4 + Na2SO3 |
+ КOH → K2MnO4 + … |
|
Ионы натрия, связанные в исходном растворе с ионами |
SO32- , в полученном |
|
растворе оказываются связанными с ионами SO42- . |
|
|
!
!
Опыт 2. Реакция контрпропорционирования йода
На поверхность стекла или в ячейку капельного планшета нанесите 2
капли раствора йодида калия KJ, подкислите раствор 1 каплей HСl и
прибавьте к ним по каплям раствор йодата калия KJO 3. Убедитесь в
образовании свободного йода при помощи йодокрахмальной бумаги, смочив ее в образовавшемся растворе. Напишите уравнение реакции и расставьте коэффициенты.
!
Опыт 3. Пероксид водорода как окислитель
На поверхность стекла или в ячейку капельного планшета нанесите 2 капли раствора KJ, подкислите одной каплей H 2SO4 и добавьте по каплям раствор Н2О2 . Испытайте раствор йодокрахмальной бумагой, как в предыдущем опыте. Допишите уравнение данной реакции и подберите коэффициенты:
Н2О2 + KJ + H2SO4 → J2 + K2SO4 + …
Опыт 4. Пероксид водорода как восстановитель
На поверхность стекла или в ячейку капельного планшета нанесите 2
капли раствора KMnO4, подкислите одной каплей H 2SO4 и добавьте по каплям раствор Н2О2 до обесцвечивания. Закончите уравнение:
Н2О2 + KMnO4 + H2SO4 → Mn SO4 + О2 + …
Опыт 5. Окислительная активность галогенов
В две пробирки налейте соответственно по 1 мл растворов KJ и KBr. В
каждую пробирку добавьте по 2 мл хлорной воды. Как изменился цвет растворов? Почему? Напишите уравнения реакций. Сравните окислительную активность галогенов CL 2 с активностью J 2 и Br 2. Напишите схемы превращений и расставьте коэффициенты в уравнениях окислительно-
восстановительных реакций.
!
Опыт 6. Селитра как окислитель
В сухой пробирке, укрепленной в вертикальном штативе, расплавьте
1-2 г нитрата калия и бросьте в расплав небольшой кусочек древесного угля.
Если кусочек угля сразу не загорится, то осторожно нагрейте пробирку сильнее. После того, как уголек сгорит, охладите пробирку и растворите ее содержимое в воде. Добавьте соляной кислоты. Обратите внимание на выделение газов СО2 и N2 .
Объясните, почему уголек подпрыгивает в пробирке при сгорании.
Напишите уравнение реакции, учитывая, что азот в нитрате калия восстанавливается до свободного состояния N2, углерод до СО 2, а калий
образует карбонат. Укажите окислитель и восстановитель. Расставьте
коэффициенты в уравнении реакции.
!
Контрольные вопросы и задачи для защиты лабораторной работы
1.Определите, к какому типу относится каждая из реакций, выраженных следующими схемами:
1)N2O5 → NO2 + O2
2)SO32- + MnO4− + H+ → SO42− + Mn2+ + H2O
3)SO32- + O2 → SO42−
4)KClO2 → KClO3 + KCl
5)NO + NO2 → N2O3
6)CrO3 → Cr2O3 + O2
7)HNO3 → NO2 + O2 + H2O
8)H2S + H2SO3 → S + H2O
9)KClO3 → KCl + O2
10)K2 MnO4 + H2O → KMnO4 + MnO2 + KOH
2.Расставьте коэффициенты в уравнениях окислительно-восстановительных реакций с помощью электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель:
1)HNO2 + KMnO4 + H2SO4 → HNO3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
2)K2Cr2O7 + Na2SO3 + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + K2SO4 + H2O
3) KMnO4 + Н2S → K2SO4 + MnO2 + KOH + H2O
4)P + HNO3 + H2O → H3PO4 + NO
5)Zn + NaOH + H2O → Na[Zn(OH)3] + H2
6)Fe(CrO2)2 + K2CO3 + O2 → Fe2O3 + K2CrO4 + CO2
7)AsH3 + HNO3 → H3AsO4 + NO2 + H2O
8)Cu2S + HNO3 → Cu(NO3)2 + H2SO4 + NO+ H2O
9)H2SO4 + HJ → J2 + H2S + H2O
10)BiCl3 + SnCl2 → Bi + SnCl4
3.Закончите со ст авление следующих уравнений и найдите коэффициенты с помощью ионно-электронных схем:
1) Сl2 + FeSO4 + KOH → Fe(OH)3 |
+ … |
|
2) SnCl2 + KMnO4 + HCl → H2SnCl6 |
+ … |
|
3) KCNS + H2O2 → HCN + KHSO4 |
+ |
… |
4)CuJ + H2SO4 + KMnO4 → CuSO4 +J2 +MnSO4 + …
5)NaBr + H2SO4 + NaBrO3 → Br2 + Na2SO4 + …
6)KClO3 + KOH(конц) +MnSO4 → K2MnO4 + KCl + K2SO4 +…
7)Na2SeO3 + NaOH + Cl2 → Na2SeO4 + NaCl +…
8)HClO + H2O2 → HCl +…
9)KClO + KJ + H2SO4 → KCl + J2 + K2SO4 + …
10)KClO + KJ + H2O → KCl + J2 + …
4. Заполните пропущенные места в предложенных ниже схемах,
составьте ионно-электронные уравнения и напишите полные уравнения реакций в молекулярной форме:
1)CrO2− + H2O2 + OH− → CrO42− +…
2)SO32− + MnO4− + OH− → …
3)Br2 + SnO22− + OH− → SnO32− +…
4)Fe2+ + ClO3− → Cl− +…
5)NO2− + ClO3− → Cl− + …
6)ClO− → ClO3− + …
7)Cu + NO2− + H+ → NO + …
5.Сколько граммов KNO2 можно окислить в присутствии серной кислоты
30 мл 0,09н. раствора KMnO4? Напишите уравнение реакции.
6. |
Сколько миллилитров 0,01н. раствора |
KMnO4 можно восстановить в |
|||
|
присутствии серной кислоты с помощью 100 мл H |
2S (условия |
|||
|
нормальные)? Напишите уравнение реакции. |
|
|||
7. |
Сколько граммов FeSO4 можно окислить в присутствии H2SO4 с помощью |
||||
|
|
|
|
||
|
100мл 0,25н. раствора K2CrO4. Напишите уравнение реакции. |
||||
8. |
Aммиак окисляется бромной водой в щелочной среде до свободного |
||||
|
азота. Напишите уравнение этой реакции и укажите, какое вещество |
||||
|
выполняет функцию солеобразователя. |
|
|
||
9.Определите, как могут вести себя в окислительно-восстановительных реакциях следующие вещества: KNO2, J2, S, K2MnO4, H2O2. Какие из них
могут быть только окислителями или только восстановителями, а какие способны быть и тем и другим в зависимости от условий?
10. Ка ко й м е тод н а хож д е н и я о к и с л и т е л ь н о-во с с т а н о в и т е л ь н ы х коэффициентов удобно использовать для реакций, идущих в газовой и твердой фазах, в расплавах, в неводных и водных растворах?
!
!
!
!
Лабораторная работа № 4
Кинетика гомогенных химических реакций
Цель работы: Ознакомление с основными закономерностями протекания гомогенных химических реакций и факторами, влияющими на скорость реакции.
Теоретическая часть
Гомогенными называются реакции, протекающие в одной фазе (в смеси газов, в жидком растворе или в твердой фазе).
Важнейшей количественной кинетической характеристикой любой химической реакции является ее скорость. Наиболее общим является определение скорости реакции r как скорости возрастания степени завершенности реакции ξ (греческая буква "кси"), которую называют химической переменной. Пусть в закрытой системе протекает химическая реакция
ν1A1 + ν2A2 = ν3A3 + ν4A4 |
(1) |
где A1, A2, ...,Ai - участники реакции; ν1, ν2 ,..., νi - стехиометрические
коэффициенты. Тогда химическая переменная ξi, характеризующая глубину
протекания реакции по i-ому компоненту, определяется как
ξi |
= |
Ni − Nio |
|
ν i |
|
||
^ |
|
(2) |
|
|
|
где Ni - число молей i-го компонента в момент времени t, Ni0 - число молей того же компонента в начальный момент времени (t = 0), νi -
стехиометрический коэффициент при i-ом компоненте в уравнении реакции.
Стехиометрические коэффициенты у исходных веществ берутся со знаком минус, а у продуктов реакции - со знаком плюс. При таком выборе знаков глубина протекания реакции всегда положительна независимо от участника реакции.
Скорость гомогенной химической реакции r определяется как скорость изменения глубины протекания реакции в единицу времени в единице объема:
r= |
1 |
|
dξi |
|
V |
|
dt |
(3) |
|
^ |
|
где V - объем системы. Определенная таким образом скорость реакции не зависит от выбора компонента и будет практически одинаковой для разных веществ, участвующих в реакции. Дифференциальная форма уравнения (2)
имеет вид
dξi= |
dNi |
|
|
νi |
|
||
^ |
. |
||
|
С его учетом из уравнения (3) для r , получаем
r= |
1 |
|
|
dNi |
|
|
|||
ν V |
|
|
|
dt |
. |
||||
^ |
|
i |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Величина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ri |
= ± |
1 |
|
|
dNi |
|
|
||
V |
|
dt |
(4) |
||||||
^ |
|
|
|
||||||
называется скоростью реакции по i-ому компоненту. Она характеризует изменение количества i - ого вещества Ni (в молях) в единицу времени в единице объема. Таким образом, скорость реакции в целом и скорости реакции по отдельным компонентам связаны следующим соотношением
r= |
1 |
r i |
|
νi |
|||
^ |
. (5) |
||
|
Выражения (3) и (4) является строгими определениями скоростей
реакций, справедливыми и для системы переменного объема.На практике часто пользуются более простым уравнением, пригодным для реакции в системе постоянного объема. Так как отношение Ni / V равно концентрации вещества C i, то при постоянном объеме
ri = ± |
dCi |
. |
|
|
(6) |
||
^ |
dt |
||
Скорость реакции (при постоянном объеме) представляет собой
изменение концентрации данного вещества в единицу времени.
Скорость реакции всегда положительная величина. В выражении (6)
используют знак плюс, если скорость определяется по образующемуся в реакции веществу (продукту), и знак минус, если скорость определяется по
расходующемуся в реакции веществу (реагенту). Этим учитываются разные знаки стехиометрических коэффициентов реагентов и продуктов реакции.
Уравнение (6) наиболее часто применяют для реакций в растворах и для реакций газов в замкнутых реакционных сосудах. Если концентрация измеряется в моль/л, а время в секундах, то скорость реакции имеет размерность моль/(л с).
Кинетический эксперимент заключается в том, что при проведении ре акции по мере ее протекания ана лизируют тем или иным
экспериментальным методом концентрации исходных веществ и продуктов реакции. Результаты такого эксперимента представляют в виде кинетических кривых образования и расходования соответствующих веществ. Под кинетической кривой понимают график зависимости концентрации реагента или продукта реакции от времени.
Основной закон (постулат) химической кинетики
Основной закон химической кинетики вытекает из большого числа экспериментальных данных и выражает зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ:
скорость реакции в каждый момент времени при постоянной
температуре пропорциональна произведению концентраций реагирующих
веществ, возведенных в некоторые степени.
Если записать уравнение реакции как:
νAA + νBB + νDD → продукты,
!